CN106646772B - 光电转换模组的结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光电转换模组，光电转换模组包含两部分，包括载板与光学平台。至少一个光学元件配置于载板之上。载板配置于光学平台的第一凹槽结构之上。第一透镜阵列配置于载板之下以对准至少一个光学元件。镜面位于第一透镜阵列之下，具有光学微反射表面。第二透镜阵列配置于镜面的左侧。

Description

光电转换模组的结构
技术领域
本发明涉及一种光电元件，尤其涉及一种用于光学元件与电子元件之间提供讯号传输与转换的光电转换模组。
背景技术
光束或光信号经常被用于电子装置之间、长距离与相邻电路板之间传输数位资料。根据需要进行资料传输的光束可以被调变。光信号也可以用于其它目的，包括位置或运动感测、测量等。
通常，一个典型的多光纤连接器包括连接器套接组件以支撑连接器外罩的尾端。连接器套接组件可以包括多光纤套接件安装在衬套。弹簧用于相对于连接器外壳的远端方向以偏向所述连接器套接组件。多光纤套接件用于作为支撑多个光纤的端部。多光纤套接件具有末端面在该光纤的抛光端位置。当两个多光纤连接器互相连接时，该多光纤套接件的末端面相对并以它们各自的弹簧而偏向彼此。与多光纤光学连接器连接时，它们各自的光纤同轴地对准，使得光纤的端面直接彼此相对。以这种方式，透过光纤的对准端面，光信号可以从一光纤传送至另一光纤。
用于互连的光纤系统通常利用接合套接组件，以便于操作与光纤的准确定位。光纤于一套接件主体内被固定，每一光纤的端面被定位一般齐平或从套接件主体的端面稍稍突出。然后，光纤的端面或面再抛光至所需的程度。当互补的套接组件被配件时，一套接组件的每一光纤与另一套接组件的一配接光纤同轴地定位。在一些应用中，多个配接的光纤的端面物理地彼此接触以便有效地于配接的光纤对之间信号传输。在这些应用中，各种因素可以降低光纤对之间的光传输效率。
因此，光学技术在现代电子装置之中扮演了一个重要的角色，且许多电子装置采用光学元件。这种光学元件的例子包括光学或光源，例如发光二极体与雷射、波导、光纤、透镜和其它光学部件、光检测器和其它光学感测器、光学敏感半导体和其他。
光纤的使用需要光电转换模组，以将电信号转换成光信号，或将光信号转为电信号。此外，光电转换模组被连接以固定到光纤的端部，或可以从光纤的端部连接或拆卸。
发明内容
介于此，本发明的主要目的在于提供一种光电转换模组。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供一种光电转换模组。此光电转换模组包含两部分，包括载板与光学平台。至少一个光学元件配置于载板之上。载板配置于光学平台的第一凹槽部分之上。第一透镜阵列配置于载板之下以对准该至少一个光学元件。镜面配置于第一透镜阵列之下，具有光反射面。第二透镜阵列配置于镜面的左侧。
根据本发明的一观点，一种光电转换模组包括载板，具有光波导部分与V-型凹槽，V-型凹槽具有第一光反射面与第二光反射面。至少一个光学元件，配置于载板之上。光学平台，具有第一凹槽部分以用于载板配置于其上。至少一个积体电路晶片，形成于载板之上以耦接形成于载板之上的导线。透镜阵列，配置以对准光波导部分。
根据本发明的另一观点，光学平台具有第二凹槽部分，用以透镜阵列形成于其上。光波导部分由可挠性材料所构成。载板通过粘着材料以附着于光学平台的第一凹槽部分之上。
V-型凹槽的垂直厚度大于光波导部分的垂直厚度。导线形成于载板之上以耦接至少一个光学元件。
此些优点及其它优点从以下较佳实施例的叙述及权利要求将使读者得以清楚了解本发明。
附图说明
图1为根据本发明的一实施例的光电转换构件；
图2为根据本发明的一实施例的光电转换模组的载板与光学平台；
图3为根据本发明的一实施例的光电转换模组；
图4为根据本发明的一实施例的光电转换模组的截面图；
图5为根据本发明的一实施例的光电转换构件的示意图；
图6为根据本发明的另一实施例的光电转换构件的示意图；
图7为根据本发明的另一实施例的光电转换模组；
图8为根据本发明的另一实施例的光电转换构件。
【符号说明】
100 光电转换模组
101 光学平台
101a 第一凹槽部分
102 第二凹槽部分
101b 第三凹槽部分
103、104 透镜阵列
105、112 镜面
106 导引梢
106a、106b 导引孔
110、110a 载板
111 光波导部分
113 V-型凹槽
120、130 积体电路(ICs)
140 光源晶片
150 光接收元件
160、161、162、163 导线
170 光学套接件
171 光纤连接部分
172 光学平台连接部分
180 光纤元件
190 光纤
具体实施方式
此处本发明将针对发明具体实施例及其观点加以详细描述，此类描述为解释本发明的结构或步骤流程，其供以说明之用而非用以限制本发明的权利要求。因此，除说明书中的具体实施例与较佳实施例外，本发明也可广泛施行于其它不同的实施例中。以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可通过本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的功效性与其优点。且本发明也可通过其它具体实施例加以运用及实施，本说明书所阐述的各项细节也可基于不同需求而应用，且在不悖离本发明的精神下进行各种不同的修饰或变更。
图1为根据本发明的一实施例的光电转换构件的示意图。光电转换构件包括光电转换元件/模组100、光纤元件180以及光学套接件170。光电转换元件/模组100可以用于单向或双向讯号传输。光电转换元件/模组100可以应用于高速传输介面，例如USB、HDMI、Lighting或Thunderbolt介面用于缆线消费性产品，或应用于传输介面，例如储存BUS包括光纤通道(FC:Fiber Channel)、SAS、PCIe或SATA用于光电产品或设备。在一实施例中，光电转换模组100可以作为光学传输器或光学接收器，以利于单向传输。在另一实施例中，光电转换模组100可以作为光学收发器以利于双向传输。光学转换模组100包括光学平台101与一载板(interposer)110。在一实施例中，光学元件配置于载板110之上，例如光源晶片140与光接收元件150(例如光二极体、光检测器晶片或光感测晶片)配置于载板110之上。在一实施例中，积体电路(ICs)120与130配置于载板110之上，例如驱动积体电路(driver IC)、控制IC或转阻放大器晶片、或其他主动元件配置于载板110之上。此外，被动电子元件也可以配置于载板110之上。在一实施例中，积体电路(ICs)120与130、被动电子元件可以配置于外部的印刷电路板之上。导线(conductive trace)160、161、162与163形成于载板110之上。在一实施例中，光源晶片140、光接收元件150、ICs 120与130通过覆晶封装制程而封装于载板110之上。载板110之上的导线160与161可以电性连接至外部电路，例如通过焊线(wirebonding)连接。载板110之上的导线162电性连接至光源晶片140与IC 120，而载板110之上的导线163电性连接至光接收元件150与IC 130。载板110的材料包括硅、二氧化硅、陶瓷或介电材料，或者载板110本身为一软性印刷电路板作为基板。在一实施例中，光学平台101系利用一射出成型制程，例如塑胶射出成型制程，以形成平台用以支撑载板110与透镜阵列以聚光或导光。透镜阵列可以用于提升光学使用的效率与增加光学元件封装的容许值。
在一实施例中，光纤元件180为光学带状光纤(ribbon fiber)或束状光纤(bundlefiber)。光学带状光纤180具有光纤190嵌入光学套接件170的接收孔洞之中以利于光学耦合至载板110上的光学元件。光纤190嵌入光学套接件170以耦接/连接(接合)至光电转换模组100。接收孔洞可以为圆柱形。举例而言，光纤190系为多膜光纤或单膜光纤。并排的光纤190系为多膜光纤配置于光纤元件180之中。每一光纤180的结构具有核心部分(core)形成于其中心，与包覆部分(cladding)围绕核心部分；另外可以增加涂布层而涂布于包覆部分的外表面以保护核心部分与包覆部分。核心部分的折射率为1.35ˉ1.70，而包覆部分的折射率为1.35ˉ1.70。光纤190例如为渐变折射率多膜光纤。
在一实施例中，光学套接件170包括光纤连接部分171与光学平台连接部分172。光学套接件170可以作为外部的光学传输介质(光纤)的连接部分。上述接收孔洞从光纤连接部分171的前表面而延伸穿过光学平台连接部分172的后表面。在一实施例中，光纤连接部分171与光学平台连接部分172系为一体成型。
光学平台连接部分172包括导引孔106b形成于其中以用于接收导引梢106。光学平台101也包括导引孔106a形成于其中以用于接收导引梢106。如第五图所示，导引梢106可以接合/嵌入于光学平台连接部分172的导引孔106b以及光学平台101的导引孔106a之中。在第五图之中，导引孔106a配置相邻于光学平台101的透镜阵列104的侧边。在一实施例中，导引孔106b延伸穿过光学平台连接部分172，或穿过从光纤连接部分171的前表面至光学平台连接部分172的后表面。当导引梢106匹配一对导引孔106a与106b时，导引孔106a与106b可以为对准孔，其系配置以接收导引梢106以利于对准与连接光学平台连接部分172(光学套接件170)以及光学平台101(光电转换模组100)。
在一实施例中，多通道光纤连接部分171的长度小于10毫米，而多通道光纤连接部分171的厚度小于3毫米，且多通道光纤连接部分171的宽度小于5毫米。因此，本发明的多通道光纤连接部分171的大小比传统的来得更小。
图2为根据本发明的具有双侧透镜阵列的光电转换模组100的示意图。光电转换模组100具有载板110以及具有双侧透镜阵列103、104的光学平台101。在一实施例中，透镜阵列103的配置方向与透镜阵列104的配置方向相同。光学平台101具有一第一凹槽部分101a用于载板110可以配置/固定于其上，而第一凹槽部分101a位于光学平台101的上边。光学平台101具有另一第二凹槽部分102，其位于光学平台101的前侧以利于透镜阵列104形成于其上。在一实施例中，透镜阵列103、透镜阵列104与镜面105系整合/形成于光学平台101之中。镜面或反射面105整合于光学平台101之中。载板110可以通过粘着材料(例如：环氧树脂)而附着于光学平台101的第一凹槽部分101a之上，如图3所示。
镜面或反射面105被动地用于光源晶片140所发出的光讯号，使其可以非共平面的转折(光学反射)，且光讯号可以导向至外部的光传输介质，例如光纤190。相反地，透过外部的光传输介质(光纤190)传输的光讯号可以藉由镜面105而导向该些光讯号，并进一步被光接收元件150所接收。镜面105可以被制作而直接整合于光学平台101或载板110之中。
如图4所示，当载板110附着于光学平台101的第一凹槽部分101a之上，透镜阵列103形成于光学平台101的第一凹槽部分101a的底部表面之上(或之下)，对准载板110之上的光学元件(光源晶片140与光接收元件150)。透镜阵列103位于载板110之下。透镜阵列104形成于光学平台101的第二凹槽部分102之底部表面之上(或之下)。镜面105位于透镜阵列103之下并位于透镜阵列104的右侧边。举例而言，光源晶片140发射光穿过载板110与透镜阵列103，并通过镜面105反射至透镜阵列104以会聚所发射光，并且传送至外部传输介质(光纤190)，如图4所示。在另一方面，由外部装置所发射的光馈入光纤190，然后通过透镜阵列104以形成约略的准直光，并且通过镜面105的反射而穿过透镜阵列103与载板110，结果通过光接收装置150来接收输入光，如图5所示。
多个光纤190的后端固定于光学套接件170的光学平台连接部分172的一端。光电转换模组100具有功能将从外部的电子装置或设备的光讯号(经由多个光纤190)转换为电讯号，或经由多个光纤190而传送光讯号至外部的电子装置或设备。
在另一实施例之中，光电转换模组100具有载板110a与光学平台101。载板110a具有光波导部分111与镜面112，而光学平台101具有单一透镜阵列104，如图6所示。光学平台101具有一第三凹槽部分101b以利于载板110a可以配置/固定于其上，且第三凹槽部分101b位于载板110a的上侧。光学平台101具有第二凹槽部分102位于光学平台101的前侧。光波导部分111与镜面112整合于载板110a之中。光波导部分111其折射率条件需满足光波导特性，即核心(core)折射率值高于包覆(clad)折射率值。光波导部分11可由可挠性材料所构成，例如高分子材料(polymer)(折射率值1.3ˉ1.7)；或是介电材料，例如硅(折射率值3.4ˉ3.5)、二氧化硅(折射率值1.4ˉ1.5)。光波导部分111用于作为光学波导。载板110a具有一凹槽结构113，例如V-型凹槽，其于V-型凹槽113的一侧(内)以及光波导部分111的后侧具有光学为反射表面(镜面)112，如第七图所示。镜面112位于光源晶片140与光二极体晶片150之下以用于反射从光源晶片140或光纤190而来的光讯号。镜面112具有特定角度(例如45度角或其他角度)。载板110a的V-型凹槽113具有一特定深度(垂直厚度)。载板110a的V-型凹槽113的第一端构成反射表面。V-型凹槽113具有第一反射表面与第二反射表面，其中第一反射表面相对(对面)于第二反射表面。V-型凹槽113的垂直厚度大于光波导部分111的厚度，而V-型凹槽113穿透光波导部分111。V-型凹槽113的制作端视基板材料而定，可以通过压印制程、楔型切割制程、雷射切割制程或蚀刻制程而形成。光源晶片140与光二极体晶片150封装于载板110a之上。ICs 120与130可以透过导线161与160并通过焊线或覆晶板封装法(flip board mounting)而电性连接至外部装置。
在一实施例中，ICs例如为驱动IC、控制IC或转阻放大器晶片、或其他主动元件配置于载板之上。驱动IC可以用于驱动光源晶片(例如光电元件)以发光。在本实施例之中，载板110a具有导波功能用以导光。载板110a包括光波导部分111，例如高分子材料，嵌入于载板110a之中。在一实施例之中，载板110a可为可挠性基板、硅基材料或介电材料。
光波导部分111对准至透镜阵列104以用于光通信，如图7所示。此结构可以透过光波导部分111以接收与传送光讯号。光源晶片140所产生的光可以反射于光波导部分111的一侧边的光学微反射面112。光波导部分111可以允许光路穿过其中，以利于光源晶片140所产生的光或来自于外部元件所产生的光穿过其中。光源晶片140可以发射可见光或非可见光。光源晶片140例如为雷射光源、红外光源或发光二极体(LED)。红外光存在于红外光频带中，其可以通过雷射或发光二极体所发射。
举例而言，光源晶片140与光检测器150位于(配置于)靠近微反射表面112。因此，光源晶片140所发射的光讯号系经由V-型凹槽113的微反射表面112而反射，接着穿过光波导部分111。
光波导部分111的材料与厚度可以依照实际的应用所需而选择。举例而言，光波导部分111的材料包括高分子材料、介电质材料，例如聚亚酰胺。
载板110a可以通过粘着材料(例如环氧树脂)以附着于光学平台101的第三凹槽部分101b之上，如图7与图8所示。
ICs 120与130电性连接至外部装置或设备，并经由载板110a的导线161与160以沟通讯号。当载板110附着于光学平台101之上，V-型凹槽113面对第三凹槽部分101b之中的光学平台101的上表面。
载板之上的导线可以通过焊线或覆晶板而电性连接至ICs或电路板以沟通电讯号。
上述叙述为本发明的较佳实施例。本领域技术人员应得以领会其用以说明本发明而非用以限定本发明所主张的权利要求。其专利保护范围当视前附的权利要求及其等同领域而定。凡是熟悉此领域的技术人员，在不脱离本专利精神或范围内，所作的更动或润饰，均属于本发明所揭示精神下所完成的等效改变或设计，且应包含在前述的权利要求内。

Claims (10)

1.一种光电转换模组的结构，其特征在于，包含：
光学平台，具有第一凹槽部分、第一透镜阵列、镜面与第二透镜阵列；
其中该光电转换模组的结构系通过底下步骤形成：载板附着于该光学平台的第一凹槽的内部，无须外部发光装置的发光对准和光纤的对准，该第一透镜阵列即对准该载板上的光源芯片与光接收元件；
其中该镜面，配置于该第一透镜阵列之下，具有一光反射面；以及
其中该第二透镜阵列，配置于该镜面的左侧。
2.如权利要求1所述的光电转换模组的结构，其特征在于，该载板材料包括硅、二氧化硅、陶瓷或介电材料。
3.如权利要求1所述的光电转换模组的结构，其特征在于，还包括被动电子元件，形成于该载板之上。
4.如权利要求1所述的光电转换模组的结构，其特征在于，还包括至少一个积体电路晶片，形成于该载板之上。
5.如权利要求1所述的光电转换模组的结构，其特征在于该载板藉由一粘着材料以附着于该光学平台的该第一凹槽部分之上。
6.一种光电转换模组的结构，其特征在于，包含：
光学平台，具有第三凹槽部分与透镜阵列；以及
其中该光电转换模组的结构系通过底下步骤形成：载板附着于光学平台的该第三凹槽的内部，无须外部发光装置的发光对准和光纤的对准，使得该载板的光波导部分的核心部分即对准至该光学平台的该透镜阵列，该载板上的光源芯片所产生的光可以反射于该光波导部分的一侧边的V-型凹槽的光学微反射面。
7.如权利要求6所述的光电转换模组的结构，其特征在于，该光学平台具有第二凹槽部分，用以该透镜阵列形成于其上。
8.如权利要求6所述的光电转换模组的结构，其特征在于，该载板通过粘着材料以附着于该光学平台的该第三凹槽的内部。
9.如权利要求6所述的光电转换模组的结构，其特征在于，还包括被动电子元件，形成于该载板之上。
10.如权利要求6所述的光电转换模组的结构，其特征在于，还包括至少一个积体电路晶片，形成于该载板之上。
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